BOOST热力学仿真指南

BOOST热力学仿真指南

例1 四缸进气道喷射汽油机

本例子一步一步的建立一个4缸进气道喷射汽油机的热力学仿真模型，并输入仿真参数，运行仿真并检查仿真结果。通过一个完整的仿真过程，使用户对使用BOOST 软件进行发动机热力学仿真有一个初步概念。

第一步 建模

图1所示是BOOST 软件主界面，左边是单元树，右边空白区为工作区。在单元树下找到建模所需的单元，双击，该单元就出现在右边的工作区中。

图1

BOOST 软件主界面

模

工

从单元树中选择下列单元用来搭建一个4缸进气道喷射汽油机的仿真模型：

然后，用34个PIPE 单元将其他单元按照图2所示接起来。

图2 4缸进气道喷射汽油机热力学仿真模型

第二步输入仿真参数

在输入单元属性以前，BOOST软件需要先输入一些基本的仿真参数。在主菜单选择：Simulation->Control…将打开图3所示的界面：

图3 Simulation Control->General选项卡主界面General Control 选项卡

在该选项卡下，输入相应属性对应的数值。没有列出的取默认值：

TIME STEP CONTROL 选项卡

图4 Simulation Control->Time Step选项卡主界面

在该选项卡下，输入相应属性对应的数值。没有列出的取默认值：

FIRING ORDER 选项卡

图5 Simulation Control->Firing Order选项卡主界面在该选项卡下，输入四缸发火顺序，其中0deg代表第一缸做功冲程上止点

位置，曲轴转角的定义下同：

INITIALIZATION 选项卡

图6 Simulation Control->Initialization选项卡主界面在该选项卡下，将Ration属性选为A/F-Ratio，然后建立3个初始状态参数

供后面单元属性引用：

在该选项卡下输入两点确定的发动机平均有效摩擦压力：

至此，仿真参数输入完毕。

第三步单元属性的输入

Cylinder单元

因为4个气缸的参数相同，所以只有第一缸的参数需要输入。其他气缸的属性可以直接从第一缸的属性复制获得。

图7 Cylinder->General选项卡主界面

GENERAL选项卡

在该选项卡下输入发动机的基本几何尺寸：

TIALIZATION选项卡

COMBUSTION选项卡

为该选项卡的Heat Release选项选择VIBE放热模型，然后在子选项卡VIBE 下面输入下列参数：

然后，由这些参数所确定的放热模型就会自动显示如下图所示：

图8 Cylinder->Combustion->Vibe选项卡主界面HEAT TRANSFER选项卡

VALVE PORT SPECIFICATIONS选项卡

该选项卡包含如干个子选项卡，用来定义发动机气道的属性以及气门升程曲线等。在Valve Port Specification窗口输入下列参数：

然后选择VPS[1]: Pipe 14: Intake定义进气道属性。点击Valve Controlled然后输入下列参数：

接着，点击Lift Curve，参照表1输入进气侧气门升程数据和下列参数：

完成以上输入后，Lift Curve选项卡显示如下图所示：

图9 Cylinder->Valve Port Specifications->Lift Curve选项卡主界面

最后，点击Flow Coefficient输入进气道的流量系数。

流量系数数据参考表1。输入完后Flow Coefficient选项卡如下图所示：

图10 Cylinder->Valve Port Specifications->Flow Coefficients选项卡主界面重复上述过程，定义排气道属性。VPS[2]: Pipe 18: Exhaust定义进气道属性。点击Valve Controlled然后输入下列参数：

接着，点击Lift Curve，参照表1输入进气侧气门升程数据和下列参数：

最后，点击Flow Coefficient输入进气道的流量系数。

流量系数数据参考表1。

表1 气门升程曲线及气道流量系数

以上完成了第一缸属性的输入，其他三个气缸的属性和第一缸完全一样。为了避免同类不同单元具有完全相同属性时的重复输入，可以直接将第一缸的属性完全复制给其他三缸。具体操作为：先用鼠标在工作区点击第一缸，激活主菜单的Element选项，然后依次选择Element->Copy Data…，激活下列窗口

图11 Element->Copy Data主界面

在Source(s)部分选择已经完成属性设置的Cylinder ‘C1’作为复制操作的源，在Target(s)部分选择待复制单元Cylinder ‘C2’， Cylinder ‘C3’和Cylinder ‘C4’作为复制操作的目标，最后点击“OK”完成复制操作，也即完成对其他三缸属性的设置。

Air Cleaner单元

GENERAL选项卡

在该选项卡下输入下列属性来定义空气滤清器的几何尺寸和模拟气流经过空气滤清器后压力损失等属性变化。

FLOW COEFFICIENTS选项卡

Catalyst单元

三元催化器在该仿真中的处理方式和空气滤清器完全相同，因此也有类似的属性。

GENERAL选项卡

在该选项卡下输入下列属性来定义三元催化器的几何尺寸和模拟气流经过三元催化器后压力损失等属性变化。

FLOW COEFFICIENTS选项卡

Injector单元

GENERAL选项卡

FLOW COEFFICIENTS选项卡

值得注意的是，4个Injector单元的属性也完全相同，所以也可以像Cylinder 单元一样，完成一个单元属性的设置后，其他单元的属性可以从已经完成的单元中复制，具体过程参见Cylinder单元相应部分。

System Boundary单元

GENERAL选项卡

在该仿真中，所有System Boundary单元的Save Energy and Mass for Backflow和Anechoic Termination属性都不选。

BOUNDAR CONDITIONS选项卡

在该选项卡下，选择Local Boundary Conditions选项，然后输入下列参数：

LOW COEFFICIENTS选项卡

Plenum单元

GENERAL选项卡

该选项卡下只需要输入相应的容积即可，参考表5给出各个Plenum单元的相应属性值。

INITIALIZATION选项卡

在该选项卡中，初始条件的定义引用前面在仿真参数设置里面定义的全局初始状态。各个Plenum单元相应初始状态的引用参考表5给出。

FLOW COEFFICIENTS选项卡

Junctions单元

该单元主要用来模拟管道接口处或者管道截面突变时的压力损失。根据连接状态的不同，压力损失的定义方式也不同。该仿真中，各个Junction单元属性

的定义参见下表：

Restrictions单元

该单元像Junction单元一样，也主要用来模拟压力损失。但Restriction单元仅有两个端口，所以只能用来模拟两个Pipe单元接口处的压力损失。

开关电源《基于MatlabSimulink的BOOST电路仿真》

基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真 姓名： 学号： 班级： 时间：2010年12月7日

1引言 BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。 图1BOO ST 电路的结构 2电路的工作状态 BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断) (c) 开关状态3 (电感电流为零) 图2BOO ST 电路的工作状态

3matlab仿真分析 matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示,其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。 图3BOO ST 电路的PSp ice 模型 3.1电路工作原理 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为: （3-1） 式（3-1）中T为开关周期, 为导通时间，为关断时间。

Buck-Boost电路建模及分析

题目：Buck-Boost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分 析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式， 并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公 式；接着推导了状态空间模型，以在MATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输 出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表 达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制 波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一 致。 关键词：Buck-Boost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真

1.概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC-DC变换器。 作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1]，如图1-1所示。其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) Buck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) Buck-Boost型电路结构 图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构 本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究，以优化开关电源的性能和提高设计效率。

基于MATLAB的Boost电路仿真

知识就堤力量— 基于Matlab 的Boost 电路仿真 姓名: 学号: 班级:

知识就堤力量 1、前言 由于DC/DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。在近几十年里，开关电源技术得到了长足的发展。在很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源，Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。 在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子技术研究的有力工具。Matlab语言的强大仿真功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。本文对Boost变换器电路进行简单的介绍，采用Matlab来完成建模和仿真。 2、Boost电路的工作状态 Boost变换器的电路结构如下图所示: iT. n Boost电路的结构 ⑻开关状态1 （S闭合）（b）开关状态2 （S关断）

3、Matlab 仿真分析 Matlab 是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和数 字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿真， 均可以得到精确的仿真结果。采用 Matlab 仿真分析方法，可直观、详细的描述 Boost 电路由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行细致深入的分 析，便于我们真正掌握Boost 电路的工作特性。仿真图如下所示： 电路工作原理： 在电路中IGBT 导通时，电流由E 经升压电感L 和V 形成回路，电感L 储能; 当IGBT 关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而 在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断 IGBT 导通是，电容的放电 回路。调节开关器件V 的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。 4- Vo |t\a ?E MeJsnuramQ Stfi?RLC Ewnch HR ltd g e Sours I ll c —— ScQpe (c)开关状态3 (电感电流为零) Scoptl V Current Measurement Diode KDT Cm rue nt Measuremehti C T

Buck-Boost变换器的设计与仿真

1 概述 直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。

V E U L C U O V i 1 i 2i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L 2 主电路拓扑和控制方式 2.1 Buck/Boost 主电路的构成 Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。 图2-1 Buck/Boost 主电路结构图 电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。 （a ）V 导通 （b ）V 关断，VD 续流 图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路

BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真

1.设计要求 （1）输入电压范围为50-98V ，输出电压为100V ，额定负载下输入电流20A ； （2）纹波（峰峰值）不超过1%； （3）在75V 输入条件下效率大于96%。 2.boost 电路拓扑和各参数值 电感参数计算：选定输入电压为75V 来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输出电压为100V ，开关频率为100KHz 。 为保持输出电流连续，设电容电流增量为I oc ，应有I oc

3.PID 控制器的boost 电路仿真 用PID 控制器控制的闭环boost 电路的原理图如图3.1所示 图3.1 PID 控制的闭环boost 电路原理图 经过小信号建模可得开环传递函数为 2 '22 '')/()1()(D s R L LCs R D sL U D s G o vd ++- = 代入数据可得 1 1056.31078.1s 1074.434.13375.0)10/1020(105001020)1075.010201(10075.0)(62842 62 666 +?+??-= +?+???????-??=-------s s s s s s G vd 在matlab 中输入下面的程序作出bode 图3.2 num=[-4.74e-4 133.34]; den=[1.78e-8 3.56e-6 1]; margin(num,den);

BuckBoost电路建模及分析

题目：BuckdBoost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而BucMoost电路作为DCTC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck^oost电路进行了稳态分析和小信号分析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式，并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式；接着推导了状态空间模型，以在M ATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。 关键词：BuckHBoost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真

1 ?概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC4)C变换器。 作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DCTC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压THE (BuckdBoos 泌］,如图1-1所示。其中BucMoost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) B uck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) B uckHB oost型电路结构 图1-1 DCTC变换器的三种电路结构

BOOST电路设计及matlab仿真

Boost升压电路及MATLAB仿真 一、设计要求 1.输入电压（VIN）:300V（+-20％） 2.输出电压（VO）:410V 3.输出功率（PO）:10kw 4.电压纹波：≤1％ 5.开关频率设置为10KHz 输入电压在240—360V范围变化时，稳态输出能够保持在410V。根据设计要求表明需要设计一个升压电路即Boost电路。Boost电路又称为升压型电路,是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。其工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和电路稳定后的稳态工作过程。 同时，也需设计一个闭环控制电路，当输入电压变化时，能准确的跟踪电压变化，改变PWM 电压占空比，以稳定输出电压。 二、主电路设计 图1主电路 2.1 Boost电路的工作原理 Boost升压电路电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当IGBT开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当IGBT断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。 Boost升压电路的二极管主要起隔离作用，即在IGBT开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极的电压低，此时二极管反向截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在IGBT管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。 接下来分两部分对Boost电路作具体介绍即充电过程和放电过程。 充电过程

基于MATLAB的Boost电路仿真

基于Matlab的Boost 电路仿真 姓名： 学号： 班级：

1、前言 由于DC/DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。在近几十年里，开关电源技术得到了长足的发展。在很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源，Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。 在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子技术研究的有力工具。Matlab语言的强大仿真功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。本文对Boost变换器电路进行简单的介绍，采用Matlab来完成建模和仿真。 2、Boost电路的工作状态 Boost变换器的电路结构如下图所示： Boost 电路的结构 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断)

(c) 开关状态3 (电感电流为零) 3、Matlab仿真分析 Matlab 是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿真，均可以得到精确的仿真结果。采用Matlab仿真分析方法，可直观、详细的描述Boost 电路由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行细致深入的分析，便于我们真正掌握Boost电路的工作特性。仿真图如下所示： 电路工作原理： 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

Buck-boost变换器建模及仿真

Buck-boost 变换器建模及仿真 1、Buck-boost 变换器平均开关模型 利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为 ，二极管的前向导通压降为0.8v 。 g V )(t v 图1 Buck-boost 变换器电路 图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有 、 、 和 四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入 变量表示出来。在此，我们选择 和 作为输入变量。接下来我们要求出 这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。 ) (1t v s dT s T (1i s dT s )(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v

图2 开关网络电压电流的曲线图 根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值： （1） （2） （3） （4） 由式（3）与（4）得 （5） 将公式（1）与（5）代入（3）中得 （6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子： （7） 由（1）与（2）得 （8） ])([) () (')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12 (2v D (2t i s s s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=><-><-=><-=><+><)()()(121)2111)()()((')()(D T T on T T V t v t v t d R t i t v s s s s +><+><+>=<><

交错并联式BOOST电路的Pspice仿真分析

交错并联式BOOST电路的Pspice仿真分析 摘要：文中研究基于Pspice 软件的交错并联BOOST 变换器的拓扑结构，并对其建立仿真模型，进而延伸到N 个相同的BOOST 拓扑结构的并联，从中分析了此种拓扑结构的优点，进而得出此种拓扑结构适于在功率因数校正电路 中应用的结论。关键词：交错并联；BOOST 拓扑；Pspice 仿真；PWM 随着电力电子行业的发展，电路设计的复杂程度越来越高，仿真作为一种便利的设计 手段被广泛的应用于电路设计、分析和验证中，包括用于电路设计中的一系列 仿真软件如MATLAB 中的Simulink 及其Pspice 等软件，这些软件可以对电路中的信号进行仿真，让设计人员了解电路的工作特性，设计人员可以通过仿真 来预测和验证电路设计的准确性，具有时效性强的优点，对于科学研究工作具 有十分有用的价值。笔者在基于Pspice 仿真软件的基础上对BOOST 变换器的并联交错技术进行仿真分析，通过搭建Pspice 模型分析了并联交错BOOST 变换器的优点，即输出纹波很小适用于带载要求纹波小的设备，如应用于计算机 的CPU 等。1 DC-DC 变换器DC-DC 变换器的基本拓扑结构非为BUCK 变换器、BOOST 变换器和BUCK-BOOST 变换器。由于DC-DC 变换器中，输入端和输出端共地，所以也称为三端开关变换器。开关变换器同三端线性调节器有很多相同点，例如输入电压不能调节，但是输出电压可以调节，在效率要求 较高的情况下可以替代线性调节器，开关变化器在输入跟输出之间使用的是扼 流圈而不是变压器。BOOST 电路是升压电路，升压电感完成升压，并通过电容保持电压值。其结构图如图1 所示。 ，其中N 为并联的变换器的个数，本课题中N 为2，交错并联BOOST 拓扑中的PWM 信号的一种时序图如图4 所示。 由图4 的驱动波形分析扑结构的工作状态：状态1 当两个管子都为高电平

BOOST电路设计与仿真

目录 一. Boost主电路设计： (2) 1.1占空比D计算 (2) 1.2临界电感L计算 (2) 1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） (2) 1.4输出电阻阻值 (2) 二. Boost变换器开环分析 (3) 2.1 PSIM仿真 (3) 2.2 Matlab仿真频域特性 (5) 三. Boost闭环控制设计 (6) 3.1闭环控制原理 (6) 3.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (7) 3.3 计算补偿网络的参数 (8) 四．修正后电路PSIM仿真 (9) 五．设计体会 (12)

Boost变换器性能指标: 输入电压：标准直流电压Vin=48V 输出电压：直流电压Vo=220V 参考电压Vref=5V 输出功率：Pout=5Kw 输出电压纹波：Vpp=2.2V Vm=4V 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=100kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB 一. Boost主电路设计： 1.1占空比D计算 根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化范围。D=U O?U inmax U O =0.782 1.2临界电感L计算 Lc=DV o1?D2 2f s i o =1.8μH 选取L>Lc，在此选L=4uH 1.3临界电容C计算（取纹波Vpp< 2.2V） C=I O D f s V PP =22.7×0.782 100000×2.2 =80.6μF 选取C>Cc，在此选C=100uF 1.4输出电阻阻值 R=U I = U×U P =9.68

Boost主电路传递函数Gvd（s） 占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为： G vd s=1?D V(1?LS （1?D)2R ) LCs2+s L R +(1?D)2 G vd s=47.96?1?8.7×10?6s 4×10?10s2+4.13×10?7s+0.048 二. Boost变换器开环分析 2.1 PSIM仿真 电压仿真波形如下图 电压稳定时间大约1.5毫秒，稳定在220V左右 电压稳定后的纹波如下图

BuckBoost和Cuk电路仿真分析.docx

Buck_Boost和Cuk电路仿真分析 一、Buck_Boost电路仿真 仿真电路图如下图所示： 电路参数如下： Vs=5V，L=0.5mH，C=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V， 二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示： 仿真结果如下所示： 对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。 波形图如下所示，其中图1上半部分为I O，下半部分为V O，图二为I L，图三为I D，图4为V C。

图1 图2 图3图4

二、Cuk电路仿真 仿真电路图如下： 电路参数如下： Vs=5V，L1=L2=0.5mH，C1=C2=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V， 二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示： V OΔV OΔV C1I O I D（I L1）ΔI L1ΔI L2 -20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示： V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D（I L1）ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A 对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。 波形图如下图所示： 图1

BOOST电路仿真

基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真 姓名：long ge 学号：0000000223 班级：07自动化2班 时间：2010年12月5日

1引言 BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。 图1BOO ST 电路的结构 2电路的工作状态 BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断) (c) 开关状态3 (电感电流为零) 图2BOO ST 电路的工作状态

3matlab仿真分析 matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示,其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。 图3BOO ST 电路的PSp ice 模型 3.1电路工作原理 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为: （3-1） 式（3-1）中T为开关周期, 为导通时间，为关断时间。 升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析 E t T E t t t U off off off on o = + =

Buck-Boost变换器要点

目录 摘要........................................................................ I 1 Buck/Boost变换器分析.. (1) 1.1 基本电路构成 (1) 1.2 基本工作原理 (1) 1.3 工作波形 (2) 2 Buck/Boost变换器基本关系 (3) 3 主要参数计算与选择 (5) 3.1输入电压 (5) 3.2负载电阻 (5) 3.3占空比α (5) 3.4电感L (5) 3.5输出滤波电容C计算 (6) 4 理论输入、输出电压表达式关系 (7) 5 仿真电路与仿真结果分析 (8) 5.1 buck/boost仿真电路图 (8) 5.2线性稳压电源仿真 (8) 5.3稳压电源波形图 (9) 5.4升压时输出电压与电流波形 (10) 5.5降压时输出电压与电流波形 (11) 总结 (13) 参考文献 (14)

摘要 随着世界的需求与电力电子的发展，高频开关电源凭借其低功耗等优点，得到了在计算机、通信和航天等领域的广泛应用。其中功率变换电路对组成开关电源起重要作用。功率变换电路是开关电源的核心部分，针对整流以后不同的直流电压功率变换电路有很多种拓扑结构，比如：Buck变换器拓扑、Boost变换器拓扑、Buck/Boost变换器拓扑、正激（反激）变换器拓扑......Buck/Boost变换器作为其中重要的一种，在开关电源的设计中当然也得到了很好的应用。本课程设计即是基于Simulink对Buck/Boost变换器进行设计与仿真，并且将仿真得到的输入输出电压关系式与理论推导进行比较，从而验证其可行性。 关键字：电力电子开关电源Simulink Buck/Boost变换器

buck-boost变换器的建模与仿真

题目： Vg 1.5V Q1R 5Ω V D 0.5V 图1 buck-boost 变换器电路图 一、 开关模型的建模与仿真 图2 buck-boost 变换器的开关模型

占空比由0.806变化到0.7的电感电流波形 占空比由0.806变化到0.7的电容电压波形 图3 buck-boost 变换器的开关模型的仿真 二、 大信号模型与仿真 1、 开关导通时： Vg 1.5V R on 35m Ω V - 图4 开关导通时的工作状态 此时，电感电压和电容电流方程： (t)v (t)v (t)(t)(t)(t)(t)L g on c di L i R dt dv v i C dt R ? ==-??? ?==- ??

2、 开关断开时： 100uH 100uF V i c + -0.5V i 图5 开关断开时的工作状态 此时，电感电压和电容电流方程： (t)v (t)(t)(t)(t)(t)(t)L D c di L V v dt dv v i C i dt R ? ==--??? ?==-?? 3、平均方程 电源电压、电感电流、电容电压变化的不大均为低频信号，则 (t)(t)g g v v = ；(t)(t)i i =；v(t)v(t)= 又因为： (t) v (t)L d i L dt = (t) (t)c d v i C dt = 则有，电感电压平均方程： () ()'v (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)L g on D i R V v =--- 电容电流平均方程： ''(t)(t)(t) (t)d(t)()d (t)((t))=d (t)(t)c v v v i i R R R =- +--+ 输入电流平均方程： g (t)d(t)(t)i i =

BOOST电路pid和fuzzy闭环控制仿真设计

1.设计要求 （1）输入电压围为50-98V ，输出电压为100V ，额定负载下输入电流20A ； （2）纹波（峰峰值）不超过1%； （3）在75V 输入条件下效率大于96%。 2.boost 电路拓扑和各参数值 电感参数计算：选定输入电压为75V 来计算各参数，此时稳态占空比为0.25，输出电压为100V ，开关频率为100KHz 。 为保持输出电流连续，设电容电流增量为I oc ，应有I oc

可以推出 H R U DT U C o o μ5010 5.01025.01005 =???=?=- 在仿真中，为了确保输出电压纹波小于设定值，C 取H 500μ。 3.PID 控制器的boost 电路仿真 用PID 控制器控制的闭环boost 电路的原理图如图3.1所示 图3.1 PID 控制的闭环boost 电路原理图 经过小信号建模可得开环传递函数为 2'22'')/()1()(D s R L LCs R D sL U D s G o vd ++- = 代入数据可得

11056.31078.1s 1074.434.13375.0)10/1020(105001020)1075.010201(10075.0)(62842 626626 +?+??-=+?+???????-??=-------s s s s s s G vd 在matlab 中输入下面的程序作出bode 图3.2 num=[-4.74e-4 133.34]; den=[1.78e-8 3.56e-6 1]; margin(num,den); 图3.2 开环系统bode 图 由图可知，系统的幅值裕度为dB GM o 5.42-=，相位裕度为 4.170-=γ，剪切频率为s rad /109.84c0?=ω。

题目：Buck电路的设计与仿真

题目：Buck 电路的设计与仿真 1、Buck 电路设计： 设计一降压变换器，输入电压为20V ，输出电压5V ，要求纹波电压为输出电压的0.5％，负载电阻10欧姆，求工作频率分别为10kHz 和50kHz 时所需的电感、电容。比较说明不同开关频率下，无源器件的选择。 解：（1）工作频率为10kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为10kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.310000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>c L 则电感电流连续，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，可选择为H 4105.4-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2410000 15005.0105.48)25.01(5?????-?-=F 41017.4-? （2）工作频率为50kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为50kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.050000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>Lc 则电感电流连续，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，可选择为H 4109.0-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2450000 15005.0109.08)25.01(5?????-?-=F 410833.0-? 分析： 在其他条件不变的情况下，若开关频率提高n 倍，则电感值减小为1/n ，电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论。 2、Buck 电路仿真： 利用simpowersystems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为20V 的直流电压源，开关管选MOSFET 模块(参数默认)，用Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。 （一）开关频率为10Hz 时； (1)使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。 由第一步理论计算得占空比Dc=25%； 实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为4.299V ）：

Buck-Boost电路设计

500W Buck/Boost电路设计与仿真验证 一、主电路拓扑与控制方式 Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck或Boost变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck和Boost电路不同的是，电感L f在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM控制方式。Buck/Boost变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。 V o 图1-1 主电路 V i LF i Q i D V 图1-2 电感电流连续工作波形 V o V o (a) Q导通(b) Q关断，D续流 图1-3 Buck/Boost不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系

电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。 在开关模态1[0~t on ]： t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供： f L f in di L V dt = (2-1) o o LD V I R = (2-2) o f o dV C I dt = (2-3) t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。在Q 导通期间电感电流增加量f L i ? f in L y f V i D T L ?= ? (2-4) 在开关模态2[t on ~ T]: t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压 Vo 作用下下降： f L f o di L V dt = (2-5) f o o o L f o f LD dV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6) t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ?为： (1)f o o L off y f f V V i t D T L L ?= ?=- (2-7) 此后，Q 又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两 个过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。 稳态工作时，Q 导通期间f L i 的增长量应等于Q 关断期间f L i 的减小量，或作用在电感L f 上电压的伏秒面积为零，有： 1y o in y D V V D = - (2-8) 由(2-8)式，若D y =0.5，则V o =V in ；若D y <0.5，则V o 0.5，V o >V in 。设变换器没有损耗，则输入电流平均值I i 和输出电流平均值I o 之比为

BOOST电路设计与仿真

B O O S T电路设计与仿真 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-

目录 一.Boost主电路设计： (3) 1.1占空比D计算 (3) 1.2临界电感L计算 (3) 1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） (3) 1.4输出电阻阻值 (3) 二.Boost变换器开环分析 (4) 2.1PSIM仿真 (4) 2.2Matlab仿真频域特性 (6) 三.Boost闭环控制设计 (7) 3.1闭环控制原理 (7) 3.2补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (8) 3.3计算补偿网络的参数 (9) 四．修正后电路PSIM仿真 (10) 五．设计体会 (13) Boost变换器性能指标: 输入电压：标准直流电压Vin=48V 输出电压：直流电压Vo=220V参考电压Vref=5V 输出功率：Pout=5Kw 输出电压纹波：Vpp=2.2VVm=4V 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=100kHz

相位裕度：60 幅值裕度：10dB 一.Boost主电路设计： 1.1占空比D计算 根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化范围。 1.2临界电感L计算 选取L>Lc，在此选L=4uH 1.3临界电容C计算（取纹波Vpp< 2.2V） 选取C>Cc，在此选C=100uF 1.4输出电阻阻值 Boost主电路传递函数Gvd（s） 占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为： 二.Boost变换器开环分析

2.1PSIM仿真 电压仿真波形如下图 电压稳定时间大约1.5毫秒，稳定在220V左右 电压稳定后的纹波如下图 电压稳定后的纹波大约为2.2V 电流仿真波形如下图 电流稳定时间大约2毫秒，稳定在22A左右 电流稳定后的纹波如下图 2.2Matlab仿真频域特性 设定参考电压为5V，则， 系统的开环传递函数为,其中， 由上图可得，Gvd(s)的低频增益为-60dB，截止频率fc=196KHz，相位裕度--84.4，相位裕度过小，高频段是-20dB/dec。系统不稳定，需要加控制电路调整。 1、开环传递函数在低频段的增益较小，会导致较大的稳态误差 2、中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度，使调节时间较大。剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力。 3、相角裕度太小会影响系统的稳定性，使单位阶跃响应的超调量较大。 4、高频段是-20dB/dec,抗干扰能力差。 将，代到未加补偿器的开环传递函数中。则 ,其中未加补偿器的开环传递函数如图 三.Boost闭环控制设计 3.1闭环控制原理

boost电路MATLAB仿真

西安科技大学高新学院 电力电子技术 课程设计报告 题目BOOST电路的设计和仿真 专业班级自动化0902 学号 0901030229 姓名宿亚 指导教师周燕 2012年7 月11 日

BOOST电路的设计与仿真 摘要 Boost升压电路是一种直流一直流变换电路,即是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。可以分为充电过程和放电过程。在充电过程中，IGBT导通，IGBT处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。在放电过程中，当IGBT截止时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。设计由MATLAB软件对电路进行仿真得出各种模型图和波形。 【关键字】升压电路 Matlab IGBT

一、设计要求： 设计Boost 电路，使其输入电压为40v 。输出电压为60v —120v 。 二、设计目的： 1、通过对Boost 电路的设计，掌握Boost 电路的工作原理，综运用所学知识，进行Boost 电路和系统设计的能力。 2、根据给定指标，设计BOOST 电路参数。 3、利用MATLAB 仿真软件，做出MATLAB 模型图及其MATLAB 示波器的波形。 三、设计方案和电路图： （1）BOOST 电路图： 图（1）Boost 电路原理图 Boost 基本工作原理: 假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，充电电流基本恒定为i L ,同时C 上的电压向负载R 供电，因为C 也很 大，基本保持输出电压为恒值U 0.设V 通态时间为t on ,此阶段L 积蓄能量为 E i L t on 。当V 处于断态时E 和L 共同向C 充电，并向负载R 提供能量。设V 处于断 态时间为t off ,则这期间电感L 释放能量为（U 0-E ）i L t off .一周期T 中，电感L 积